凌昌國

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)概述

SCADA系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平方面有著不可替代的作用。SCADA系統(tǒng)在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。

近年來，隨著客運(yùn)專線鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)也迎來了更新改造和發(fā)展建設(shè)時(shí)期。客運(yùn)專線鐵路沿線設(shè)置有大量的基站、直放站、信號(hào)中繼站等節(jié)點(diǎn)，其電力供電專業(yè)需要在這些節(jié)點(diǎn)設(shè)置電力供電節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通鐵路。電力供電節(jié)點(diǎn)的增多給電力維護(hù)增加了很大工作量，因此電力SCADA系統(tǒng)作為客運(yùn)專線鐵路電力調(diào)度最重要的工具顯得尤其重要。如何為電力SCADA系統(tǒng)提供可靠的傳輸通道，成為傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、實(shí)施、系統(tǒng)開通和維護(hù)的難題之一。

目前，由于客運(yùn)專線SCADA組網(wǎng)方式多種多樣，而且開通實(shí)施和運(yùn)營維護(hù)存在一定困難，本文將從客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)建設(shè)方案及特點(diǎn)，以及SCADA業(yè)務(wù)組網(wǎng)需求和目前組網(wǎng)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，并對(duì)其提出優(yōu)化建議。

2 傳輸系統(tǒng)建設(shè)方案及特點(diǎn)

客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)基本按照二層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，即骨干層和接入層。骨干層傳輸系統(tǒng)按鏈型“1+1”保護(hù)方式建設(shè)；接入層傳輸系統(tǒng)按自愈環(huán)方式建設(shè)，一般按2～3個(gè)自愈環(huán)建設(shè)，每個(gè)自愈環(huán)由相鄰車站間的沿線基站、信號(hào)中繼站、牽引變電所及供電所等節(jié)點(diǎn)設(shè)置的傳輸設(shè)備構(gòu)成。在車站節(jié)點(diǎn)，接入層傳輸設(shè)備與骨干層傳輸設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)通道互通和系統(tǒng)間的通道保護(hù)。

客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)采用MSTP傳輸設(shè)備建設(shè)。該設(shè)備能提供2?M接口、FE接口、GE接口和155?M接口等，其中FE和?GE接口板具備IP?二層交換和匯聚功能等特點(diǎn)。

3 SCADA業(yè)務(wù)組網(wǎng)需求

SCADA系統(tǒng)一般采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)（A、B網(wǎng)，主備用方式），由調(diào)度中心設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)前端設(shè)備（RTU）組成。客運(yùn)專線SCADA系統(tǒng)主要包括電力SCADA和牽引SCADA系統(tǒng)。電力SCADA系統(tǒng)對(duì)通信主要需求是箱變節(jié)點(diǎn)、配電所節(jié)點(diǎn)；牽引SCADA系統(tǒng)對(duì)通信主要需求是牽引變電所、AT所、分區(qū)所節(jié)點(diǎn)。

由于電力SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)較多（主要是箱變節(jié)點(diǎn)較多），本文主要針對(duì)電力SCADA組網(wǎng)方案進(jìn)行描述。

4 電力SCADA組網(wǎng)方式現(xiàn)狀

目前，客運(yùn)專線電力SCADA組網(wǎng)有以下兩種方式。

4.1 采用“獨(dú)立光纖+傳輸系統(tǒng)”承載方式組網(wǎng)

通信系統(tǒng)在區(qū)間為電力SCADA提供光纖資源，由電力專業(yè)設(shè)置光口以太網(wǎng)交換機(jī)，把信息傳送至有人值守的電力供電（或牽引變電）節(jié)點(diǎn)，電力供電所（或牽引變電）節(jié)點(diǎn)至調(diào)度所由通信傳輸系統(tǒng)提供獨(dú)立2?M通道。武廣客運(yùn)專線按此方案進(jìn)行組網(wǎng)。

有人值守的電力供電（或牽引變電）節(jié)點(diǎn)至無人值守的電力供電（或牽引變電）節(jié)點(diǎn)之間的光纜由通信專業(yè)敷設(shè)，由牽引及供電專業(yè)設(shè)置交換機(jī)，采用光纖開通。有人值守的電力供電（或牽引變電）節(jié)點(diǎn)至調(diào)度所間通道由通信專業(yè)傳輸系統(tǒng)提供FE電接口（帶寬2?M）解決。

組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

該組網(wǎng)方案采用通信傳輸方式比較復(fù)雜，對(duì)于整個(gè)電力SCADA系統(tǒng)無全程網(wǎng)管監(jiān)控通道進(jìn)行監(jiān)控，不便于網(wǎng)絡(luò)開通及維護(hù)。

同時(shí)，由于區(qū)間箱變較多，通信光纜線路開口較多，通信與電力SCADA專業(yè)接口太多，增加了整個(gè)系統(tǒng)的故障點(diǎn)，故障定位比較困難。

4.2 采用傳輸系統(tǒng)承載方式組網(wǎng)

電力SCADA數(shù)據(jù)傳輸過程全部采用傳輸系統(tǒng)承載。通信系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)傳輸設(shè)備為電力SCADA提供2個(gè)以太網(wǎng)端口（分布在不同的以太網(wǎng)處理板上），并配置以太網(wǎng)共享通道（采用2?M捆綁方式）至調(diào)度所，實(shí)現(xiàn)SCADA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送。

由于傳輸設(shè)備的VCTRUCK能力有限，一般以太網(wǎng)的處理能力為24或48個(gè)VCTRUCK。對(duì)于電力SCADA通道而言，不能采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匯聚方式至調(diào)度中心，故根據(jù)傳輸設(shè)備資源配置情況，利用傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)二層交換功能，采用逐級(jí)匯聚方式提供傳輸通道至調(diào)度所。

此組網(wǎng)方案統(tǒng)一采用傳輸系統(tǒng)承載，可通過傳輸系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)電力SCADA業(yè)務(wù)端口監(jiān)控，可判斷電力SCADA業(yè)務(wù)是否已接入傳輸系統(tǒng)。大部分客運(yùn)專線電力SCADA系統(tǒng)采用此方案組網(wǎng)（如京滬線），組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于傳輸系統(tǒng)提供的通信網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)二層交換網(wǎng)絡(luò)，SCADA所有數(shù)據(jù)均在此二層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信，當(dāng)此網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有一個(gè)電力SCADA設(shè)備節(jié)點(diǎn)故障或不斷在此二層網(wǎng)絡(luò)中報(bào)告故障信息，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)均會(huì)受到影響，嚴(yán)重情況可造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，此故障情況通過傳輸系統(tǒng)無法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 SCADA業(yè)務(wù)組網(wǎng)優(yōu)化建議

5.1 沿線區(qū)間節(jié)點(diǎn)至車站

客運(yùn)專線沿線區(qū)間節(jié)點(diǎn)至車站節(jié)點(diǎn)利用傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)二層交換功能，采用逐級(jí)匯聚方式組建共享通道，建設(shè)相鄰車站間SCADA系統(tǒng)各子網(wǎng)絡(luò)。沿線區(qū)間SCADA業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)利用就近的傳輸設(shè)備為SCADA業(yè)務(wù)提供FE接口，通過光電纜與SCADA系統(tǒng)設(shè)備連接。

5.2 車站至調(diào)度所

對(duì)于SCADA節(jié)點(diǎn)較多的路局，應(yīng)采用三層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，在車站等節(jié)點(diǎn)增設(shè)三層交換機(jī)，把原來二層網(wǎng)絡(luò)改造成二層和三層混合網(wǎng)絡(luò)。車站至調(diào)度所建設(shè)一個(gè)三層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，利用傳輸系統(tǒng)提供通道進(jìn)行組網(wǎng)。為提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，可按環(huán)形組建此三層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

三層交換機(jī)的設(shè)置地點(diǎn)和數(shù)量可根據(jù)具體工程情況進(jìn)行選擇（例如車站節(jié)點(diǎn)）。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

本優(yōu)化建議方案在三層網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建設(shè)多個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)，相鄰車站（如車站1、車站2）與調(diào)度所之間組建2個(gè)三層網(wǎng)絡(luò)（A、B網(wǎng)）；相鄰車站之間組建2個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)（A、B網(wǎng)），分別下掛于三層網(wǎng)絡(luò)，三層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部啟動(dòng)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。

三層網(wǎng)絡(luò)下掛的多個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)絡(luò)）之間業(yè)務(wù)互相隔離，不能互相訪問，抑制了設(shè)備故障情況引起的廣播風(fēng)暴對(duì)整個(gè)電力SCADA系統(tǒng)的影響，把系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)控制在一個(gè)較小的二層網(wǎng)絡(luò)中。

此方案便于系統(tǒng)開通調(diào)試及維護(hù)，能更好的進(jìn)行故障定位。

6 結(jié)束語

傳輸系統(tǒng)業(yè)務(wù)通道可以有多種解決方案，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體工程情況，從方案、投資、運(yùn)營維護(hù)等多個(gè)角度考慮，選取一種可行的通道解決方案。

本文就電力SCADA系統(tǒng)組網(wǎng)，結(jié)合傳輸系統(tǒng)通道組織，提出優(yōu)化建議方案的思路和方法供參考，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)和實(shí)施中還有許多問題值得深入地探討。